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        熱擠壓工藝對TA15合金管組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響

        2017-10-16 18:33:50張平平王俊琪張耀斌李寶霞景星星
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2017年29期

        張平平++王俊琪++張耀斌++李寶霞++景星星

        摘 要:研究了Φ170mm×30mm×LTA15鈦合金擠壓管坯在950℃和1050℃兩種不同加熱區(qū)熱擠壓成形的顯微組織,分析了兩種不同形貌的組織形態(tài)對其高溫力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:β相區(qū)1050℃加熱擠壓獲得的片層狀組織的高溫力學(xué)性能較兩相區(qū)950℃加熱擠壓的等軸雙態(tài)組織的高。

        關(guān)鍵詞:TA15合金;顯微組織;熱擠壓

        中圖分類號:TG376.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:2095-2945(2017)29-0066-02

        TA15鈦合金的名義化學(xué)成分為Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V(?棕t%),是20世紀(jì)60年代中期前蘇聯(lián)研制成功了一種近α鈦合金,牌號為BT20。該合金目前作為一種典型近α鈦合金,具有兩相鈦合金的中等室溫強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度,比Ti-6Al-4V合金的性能更高,熱穩(wěn)定性和焊接性能良好,較高的比強(qiáng)度、抗蠕變性以及耐腐蝕性等優(yōu)點[1][2]。在500℃以下工作環(huán)境中,可使用長達(dá)3000h。因具有較好加工性,被大量制成板材、棒材、鍛件、模鍛件、管材以及型材等產(chǎn)品。在航空航天領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用于高性能的結(jié)構(gòu)件[3][4]。所以TA15合金具備良好的室溫性能,也必須具備良好的高溫性能。

        本文通過不同的熱擠壓加工工藝成形的Φ170mm×30mm×LTA15鈦合金擠壓管坯,進(jìn)行了不同溫度下的力學(xué)性能分析以及微觀組織研究,以分析不同熱擠壓工藝成形的管坯組織對其力學(xué)性能的影響,為TA15合金擠壓管坯的生產(chǎn)工藝提供理論依據(jù)。

        1 實驗材料與方法

        1.1 實驗材料

        實驗中所采用TA15合金是一級海綿Ti、工業(yè)純Al絲和鋯屑以及鋁鉬和鋁釩中間合金為原料等,采用三次真空自耗電弧爐進(jìn)行熔煉,鑄錠規(guī)格為Φ700mm×L,表1為該合金的化學(xué)成分。合金的β相變點通過金相法測得為±985℃。

        1.2 實驗方法

        鑄坯在3150t油壓機(jī)上,經(jīng)過6火次鍛造,成品規(guī)格為Φ220×650mm。在3150t水壓機(jī)上擠壓,分別采用擠壓溫度為950℃和1050℃,保溫時間為60min,進(jìn)行擠壓。擠壓成品管坯規(guī)格為Φ170mm×30mm×L,用電阻爐進(jìn)行750℃/2h ,AC退火處理,利用電火花線切割機(jī)從合金管坯上切取金相及拉伸試樣。顯微組織分析采用HF:HNO3:H2O為1:3:10(體積比)腐蝕,在OLYM PU SPM G3金相顯微鏡進(jìn)行觀察。室溫拉伸試樣按GB/T 228.1-2010進(jìn)行,高溫拉伸試樣按GB/T 4338-2006進(jìn)行。拉伸實驗溫度分別采用25℃、100℃、200℃、300℃、400℃和500℃,拉伸試驗在TC-12-031拉伸機(jī)上進(jìn)行。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 不同熱擠壓溫度的顯微組織分析

        圖1所示為不同熱擠壓溫度條件下TA15合金Φ170mm×30mm×L管材的顯微組織。加熱溫度950℃處于(α+β)兩相區(qū)上部,保溫時間為60min,擠壓后獲得的組織為等軸的α+β兩相組織,可以認(rèn)為是雙態(tài)組織(圖1(a)),平均直徑為14.5μm,β轉(zhuǎn)變組織中α板條呈交織或集束狀分布,板條厚度約為3~5μm。加熱溫度為1050℃,屬于β相加工區(qū),保溫時間為60min,擠壓后獲得的組織為β加工組織,為片層組織形貌(圖1(b)),初始β晶粒的大小約為445μm,晶界α相寬約為1.5μm,分布在β晶粒上的α片層厚度為2.5μm,局部α相呈現(xiàn)寬約為60μm集束形貌,且在同一位向并列排列。

        2.2 不同熱擠壓溫度的高溫性能分析

        圖1所示為不同熱擠壓溫度條件下TA15合金Φ170mm×30mm×L管材的高溫力學(xué)性能。從圖2(a)中可以看出950℃溫度擠壓獲得TA15合金管材的室溫力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度為980MPa,屈服強(qiáng)度為873MPa,延伸率為12.5%。對比圖2(a)和圖2(b),采用950℃溫度擠壓得到雙態(tài)組織,其室溫和高溫力學(xué)性能較1050℃溫度擠壓獲得片層狀組織的力學(xué)低。從圖2中可以看出,隨著實驗溫度的升高,兩種組織狀態(tài)的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度都呈明顯的下降趨勢。對比發(fā)現(xiàn),雙態(tài)組織的TA15合金擠壓管材高溫拉伸曲線較陡,而片層狀組織較平緩,表明在β相區(qū)擠壓,其高溫力學(xué)性能較高。

        3 結(jié)論

        (1)不同擠壓溫度獲得TA15合金管材組織,對其高溫力學(xué)性能影響明顯。

        (2)采用β相區(qū)擠壓的TA15合金管材片層狀組織的高溫力學(xué)性能較兩相區(qū)雙態(tài)組織的高。

        參考文獻(xiàn):

        [1]沙愛學(xué),李興無,儲俊鵬.TA15鈦合金的普通退火[J].稀有金屬,2003,27(1):213-215.

        [2]曹京霞,方波,黃旭,等.微觀組織對TA15鈦合金力學(xué)性能的影響[J].稀有金屬,2004,28(2):362-364.

        [3]王斌,郭鴻鎮(zhèn),姚澤坤,等.熱壓參數(shù)對TA15合金流動應(yīng)力及顯微組織的影響[J].鍛壓技術(shù),2006(6):106-109.

        [4]張晶宇,楊延清,陳彥,等.退火對TA15鈦合金組織與性能的影響[J].金屬熱處理,2003,28(3):46-48.endprint

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